Correct development and maturation of the enteric nervous system (ENS) is critical for survival1. At birth, the ENS is immature and requires considerable refinement to exert its functions in adulthood2. Here we demonstrate that resident macrophages of the muscularis externa (MMϕ) refine the ENS early in life by pruning synapses and phagocytosing enteric neurons. Depletion of MMϕ before weaning disrupts this process and results in abnormal intestinal transit. After weaning, MMϕ continue to interact closely with the ENS and acquire a neurosupportive phenotype. The latter is instructed by transforming growth factor-β produced by the ENS; depletion of the ENS and disruption of transforming growth factor-β signalling result in a decrease in neuron-associated MMϕ associated with loss of enteric neurons and altered intestinal transit. These findings introduce a new reciprocal cell-cell communication responsible for maintenance of the ENS and indicate that the ENS, similarly to the brain, is shaped and maintained by a dedicated population of resident macrophages that adapts its phenotype and transcriptome to the timely needs of the ENS niche.

Tumor-associated macrophages (TAMs) are a heterogeneous population of cells whose phenotypes and functions are shaped by factors that are incompletely understood. Herein, we asked when and where TAMs arise from blood monocytes and how they evolve during tumor development. We initiated pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) in inducible monocyte fate-mapping mice and combined single-cell transcriptomics and high-dimensional flow cytometry to profile the monocyte-to-TAM transition. We revealed that monocytes differentiate first into a transient intermediate population of TAMs that generates two longer-lived lineages of terminally differentiated TAMs with distinct gene expression profiles, phenotypes, and intratumoral localization. Transcriptome datasets and tumor samples from patients with PDAC evidenced parallel TAM populations in humans and their prognostic associations. These insights will support the design of new therapeutic strategies targeting TAMs in PDAC.

Most tissue-resident macrophage (RTM) populations are seeded by waves of embryonic hematopoiesis and are self-maintained independently of a bone-marrow contribution during adulthood. A proportion of RTMs, however, is constantly replaced by blood monocytes and their functions compared to embryonic RTM remains unclear. The kinetics and extent of the contribution of circulating monocytes to RTM replacement during homeostasis, inflammation and disease is highly debated. Here, we identified Ms4a3 as a specific marker expressed by granulocyte-monocyte progenitors (GMPs) and subsequently generated Ms4a3TdT reporter and Ms4a3Cre-RosaTdT fate mapper models to follow monocytes and their progenies. Our Ms4a3Cre-RosaTdT model traced efficiently blood monocytes (97%) and granulocytes (100%), but no lymphocytes or tissue dendritic cells. Using this model, we precisely quantified the contribution of monocytes to the RTM pool during homeostasis and inflammation. The unambiguous identification of monocyte-derived cells will permit future studies of their function under any condition.

Abstract During embryogenesis, the fetal liver becomes the main hematopoietic organ, where stem and progenitor cells as well as immature and mature immune cells form an intricate cellular network. Hematopoietic stem cells (HSCs) reside in a specialized niche, which is essential for their proliferation and differentiation. However, the cellular and molecular determinants contributing to this fetal HSC niche remain largely unknown. Macrophages are the first differentiated hematopoietic cells found in the developing liver, where they are important for fetal erythropoiesis by promoting erythrocyte maturation and phagocytosing expelled nuclei. Yet, whether macrophages play a role in fetal hematopoiesis beyond serving as a niche for maturing erythroblasts remains elusive. Here, we investigate the heterogeneity of macrophage populations in the fetal liver to define their specific roles during hematopoiesis. Using a single-cell omics approach combined with spatial proteomics and genetic fate-mapping models, we found that fetal liver macrophages cluster into distinct yolk sac-derived subpopulations and that long-term HSCs are interacting preferentially with one of the macrophage subpopulations. Fetal livers lacking macrophages show a delay in erythropoiesis and have an increased number of granulocytes, which can be attributed to transcriptional reprogramming and altered differentiation potential of long-term HSCs. Together, our data provide a detailed map of fetal liver macrophage subpopulations and implicate macrophages as part of the fetal HSC niche.

Patients affected by idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), a progressive chronic and eventually fatal lung disease with unknown causes, suffer from delayed diagnosis due to the lack of predictive markers for disease development. Prior studies focused on the cellular and transcriptomic changes found in lung tissue during established, often terminal, lung disease. In clinical routine, bronchoscopy is applied for diagnosis and staging of suspected IPF affected individuals, thus providing us with a clinically applicable window, to study the cellular and transcriptional changes within affected individuals. Here we study a patient collective consisting of 11 IPF affected individuals and 11 healthy controls. We investigate their single cell transcriptomic profile alongside their cellular surface phenotype of alveolar-resident immune cells. Single cell transcriptional analysis reveals early accumulation of SPP1+ macrophages (SPP1+Mϕ) within the alveolar space as an early cellular sign of IPF, in the absence of a decline in lung function. Early-stage IPF accumulated SPP1+ Mϕ were characterized by high expression of lipid storage and handling genes, accumulation of intracellular cholesterol and expression of proinflammatory cytokine expression. In silico developmental trajectory analysis revealed that SPP1+ Mϕ are likely derived from monocytes. Finally to confirm the clinical diagnostic value of SPP1+ Mϕ we developed a flow cytometry panel to rapidly identify and test for the presence of SPP1+ Mϕ in bronchoalveolar lavage samples and confirm our observation in an independent validation cohort. Taken together, we show that SPP1+ Mϕ are associated with early IPF pathogenesis in the absence of an obvious decline in lung function, thus providing a clinically valuable markers for easy diagnosis of early IPF in clinical practice.

ABSTRACT Datasets consist of measurement data and metadata. Metadata provides context, essential for understanding and (re-)using data. Various metadata standards exist for different methods, systems and contexts. However, relevant information resides at differing stages across the data-lifecycle. Often, this information is defined and standardized only at publication stage, which can lead to data loss and workload increase. In this study, we developed Metadatasheet, a metadata standard based on interviews with members of two biomedical consortia and systematic screening of data repositories. It aligns with the data-lifecycle allowing synchronous metadata recording within Microsoft Excel, a widespread data recording software. Additionally, we provide an implementation, the Metadata Workbook, that offers user-friendly features like automation, dynamic adaption, metadata integrity checks, and export options for various metadata standards. By design and due to its extensive documentation, the proposed metadata standard simplifies recording and structuring of metadata for biomedical scientists, promoting practicality and convenience in data management. This framework can accelerate scientific progress by enhancing collaboration and knowledge transfer throughout the intermediate steps of data creation.

ABSTRACT Conventional dendritic cells (cDC) play key roles in immune induction, but what drives their heterogeneity and functional specialization is still ill-defined. Here we show that cDC-specific deletion of the transcriptional repressor Bcl6 in mice alters the phenotype and transcriptome of cDC1s and cDC2s, while their lineage identity is preserved. Bcl6-deficient cDC1s are diminished in the periphery but maintain their ability to cross-present antigen to CD8 + T cells, confirming general maintenance of this subset. Surprisingly, the absence of Bcl6 in cDCs causes a complete loss of Notch2-dependent cDC2s in the spleen and intestinal lamina propria. DC-targeted Bcl6-deficient mice induced fewer T follicular helper cells despite a profound impact on T follicular regulatory cells in response to immunization and mounted diminished Th17 immunity to Citrobacter rodentium in the colon. Our findings establish Bcl6 as an essential transcription factor for subsets of cDC and add to our understanding of the transcriptional landscape underlying cDC heterogeneity.

Summary The lung is constantly exposed to the outside world and optimal adaptation of immune responses is crucial for efficient pathogen clearance. However, mechanisms which lead to the functional and developmental adaptation of lung-associated macrophages remain elusive. To reveal such mechanisms, we developed a reductionist model of environmental intranasal β-glucan exposure, allowing for the detailed interrogation of molecular mechanisms of pulmonal macrophage adaptation. Employing single-cell transcriptomics, high dimensional imaging and flow cytometric characterization paired to in vivo and ex vivo challenge models, we reveal that pulmonary low-grade inflammation results in the development of Dectin-1 - Card9 signaling-dependent monocyte-derived macrophages (MoAM). MoAMs expressed high levels of CD11b, ApoE, Gpnmb and Ccl6, were glycolytic and produced large amounts of interleukin 6 upon restimulation. Myeloid cell specific ApoE ablation inhibited monocyte to MoAM differentiation dependent on M-CSF secretion, promoting MoAM cell death thus impeding MoAM maintenance. In vivo , β-glucan-elicited MoAMs limited the bacterial burden of Legionella pneumophilia post infection and ameliorated fibrosis severity in a murine fibrosis model. Collectively these data identify MoAMs that are generated upon environmental cues and ApoE as an important determinant for lung immune resilience.

ABSTRACT To allow the comprehensive histological analysis of the whole intestine in one image, the tissue is often rolled to a spiral before imaging. This Swiss-rolling technique facilitates robust experimental procedures, but it limits the possibilities to comprehend changes along the intestine. Here, we present IntestLine, a Shiny-based open-source application to map imaging data of intestinal tissues in spiral shape onto a line. The mapping of intestinal tissues improves the visualization of the whole intestine in both proximal-distal and serosa-luminal axis, and facilitates the observation of location-specific cell types and markers. In summary, IntestLine serves as a tool to visualize and characterize intestine in future imaging studies.

The clinical and therapeutic value of human in vitro generated monocyte-derived dendritic cell (moDC) and macrophages is well established. However, in line with recent findings regarding myeloid cell ontogeny and due to our limited understanding of their physiological counterparts, transcriptional regulation and heterogeneity, the full potential of these important cellular systems is still underestimated. In this study, we use cutting edge high-dimensional analysis methods to better understand the transcriptional organization, phenotypic heterogeneity and functional differences between human ex vivo isolated and in vitro generated mononuclear phagocytes with the aim to better realize their full potential in the clinic. We demonstrate that human monocytes activated by MCSF or GMCSF most closely resemble inflammatory macrophages identified in vivo, while IL4 signalling in the presence of GMCSF generates moDCs resembling inflammatory DCs in vivo, but not steady state cDC1 or cDC2. Moreover, these reprogramming regimes lead to activated monocytes that present with profoundly different transcriptomic, metabolic, phenotypic and functional profiles. Furthermore, we demonstrate that CD14+ monocytes are integrating multiple exogenous activation signals such as GMCSF and IL4 in a combinatorial and temporal fashion, resulting in a high-dimensional cellular continuum of reprogrammed monocytes dependent on the mode and timing of cytokine exposure. Utilizing nanostraw-based knockdown technology, we demonstrate that the IL4-dependent generation of moDCs relies on the induction, nuclear localization and function of the transcriptional regulator NCOR2. Finally, we unravel unappreciated heterogeneity within the clinically moDCs population and propose a novel high-dimensional phenotyping strategy to better tailor clinical quality control strategies for patient need and culture conditions to enhance therapeutic outcome.